Jak powstają mikroskopijne tranzystory na mikroczipach?

12

Jak coś w rodzaju mikroczipa, który jest już mały, ponieważ jest w stanie pomieścić nawet mniejsze tranzystory w milionach w tak małej skali? Wydaje się, że to taki wyczyn dla maszyny, która jest w stanie zrobić coś tak małego i jednocześnie funkcjonalnego. Może zastanawiam się nad tym lub nie rozumiem, ale jak to możliwe, aby stworzyć tak mały tranzystor, którego nie widać gołym okiem, ale działa. Jaka maszyna może to zrobić? Zwłaszcza w latach 60.

Foo Fighter
źródło
To dobry film pokazujący od projektu do opakowania: youtube.com/watch?v=qm67wbB5GmI Nie w latach 60., ale w czasach współczesnych.
Enemy Of the State Machine
Tranzystory nie były wytwarzane przez miliony (jednocześnie) w latach sześćdziesiątych, bardziej jak dziesiątki lub setki na raz. Istnieją teraz setki milionów tranzystorów dla każdej osoby na tej planecie.
Spehro Pefhany
Ten film wideo Youtube firmy Intel może być interesujący. Jest ściśle wizualny: youtu.be/d9SWNLZvA8g
JYelton
1
Te filmy są raczej kiepskie. Jeśli chcesz zobaczyć coś, co nie ma tak dużo marketingowego mumbo jumbo, spójrz na filmy, które podłączyłem - są starsze, ale w rzeczywistości mają charakter edukacyjny.
alex.forencich

Odpowiedzi:

12

Mikroczipy są wykonywane przy użyciu bardzo szerokiej gamy etapów procesu. Zasadniczo każdy krok składa się z dwóch głównych elementów - maskowania obszarów do działania, a następnie wykonywania niektórych operacji na tych obszarach. Krok maskowania można wykonać za pomocą kilku różnych technik. Najczęstszy nazywa się fotolitografią. W tym procesie opłatek jest powlekany bardzo cienką warstwą światłoczułej substancji chemicznej. Ta warstwa jest następnie eksponowana w bardzo skomplikowany wzór, który jest rzutowany z maski za pomocą światła o krótkiej długości fali. Zestaw zastosowanych masek decyduje o konstrukcji chipa, są one ostatecznym produktem procesu projektowania chipa. Rozmiar cechy, który można rzutować na powłokę fotolitograficzną na waflu, zależy od długości fali zastosowanego światła. Po odsłonięciu fotorezystu jest on następnie rozwijany w celu odsłonięcia leżącej pod nim powierzchni. Na odsłonięte obszary można operować innymi procesami - np. Trawieniem, implantacją jonów itp. Jeśli fotolitografia nie ma wystarczającej rozdzielczości, istnieje inna technika, która wykorzystuje zogniskowane wiązki elektronów do zrobienia tego samego. Zaletą jest to, że nie są wymagane żadne maski, ponieważ geometria jest po prostu programowana w maszynie, jednak jest znacznie wolniejsza, ponieważ wiązka (lub wiele wiązek) musi wyśledzić każdą indywidualną cechę.

Same tranzystory zbudowane są z kilku warstw. Obecnie większość układów to CMOS, więc krótko opiszę, jak zbudować tranzystor MOSFET. Metodę tę nazywa się metodą „samonastawnej bramki”, ponieważ bramka jest kładziona przed źródłem i odpływem, aby kompensować wszelkie niewspółosiowość bramki. Pierwszym krokiem jest ułożenie studni, w których umieszczone są tranzystory. Studnie przekształcają krzem w odpowiedni typ do budowy tranzystora (musisz zbudować MOSFET z kanałem N na krzemie typu P i MOSFET z kanałem P na krzemie typu N). Odbywa się to poprzez nałożenie warstwy fotorezystu, a następnie za pomocą implantacji jonów, aby wtłoczyć jony do płytki w odsłoniętych obszarach. Następnie tlenek bramki wyrasta na waflu. W przypadku chipów krzemowych stosowanym tlenkiem jest zwykle dwutlenek krzemu - szkło. Odbywa się to poprzez pieczenie czipu w piekarniku z tlenem w wysokiej temperaturze. Następnie na wierzch tlenku nakładana jest warstwa polikrzemu lub metalu. Ta warstwa utworzy bramę po wytrawieniu. Następnie warstwa fotorezystu zostaje odłożona i odsłonięta. Odsłonięte obszary są wytrawiane, pozostawiając bramki tranzystora. Następnie wykorzystuje się kolejną rundę fotolitografii do maskowania obszarów źródeł tranzystorów i drenów. Implantacja jonów służy do tworzenia elektrod źródłowych i drenażowych w odsłoniętych obszarach. Sama elektroda bramkowa działa jak maska ​​kanału tranzystorowego, zapewniając dopływ źródła i odpływu dokładnie do krawędzi elektrody bramkowej. Następnie wafel jest wypiekany, tak aby wszczepione jony delikatnie przesuwały się pod elektrodą bramkową. Po tym,

Odkopałem kilka przyzwoitych filmów, które w rzeczywistości są filmami edukacyjnymi, a nie PR:

http://www.youtube.com/watch?v=35jWSQXku74

http://www.youtube.com/watch?v=z47Gv2cdFtA

alex.forencich
źródło
Zasadniczo długości fal światła i manipulowanie jonami i jakikolwiek ich gradient jest kluczem do tworzenia mikroczipów?
Foo Fighter
Jasne, światło służy do rzutowania wzoru na powierzchnię płytki, więc długość fali musi być wystarczająco krótka, aby cechy były ostre. Następnie jony są używane do zmiany charakteru półprzewodnika w celu utworzenia wszystkich połączeń pn, które sprawiają, że tranzystory działają.
alex.forencich
Jestem zaskoczony, jak konkretna / zrozumiała jest informacja na ten temat, bardzo dobrze ją prezentujesz i dziękuję za to.
Foo Fighter
4

Jest to proces fotograficzny, podobny pod pewnymi względami do kamery filmowej z osobnymi etapami ekspozycji i rozwoju. Nie muszą drukować funkcji w rzeczywistym rozmiarze; mogą wydrukować je w rozmiarze, który mogą obsłużyć i użyć soczewek, aby skupić obraz na krzemie.

AaronD
źródło
Tranzystor powstaje, gdy wiązki światła w kształcie tranzystorów świecą na krzemowe płytki. Czy to prawda?
Foo Fighter
Zasadniczo tak. Proces ten powtarza się kilka razy, aby uzyskać różne funkcje, więc nie ma jednego obrazu „w kształcie tranzystora”.
AaronD
Wszystkie wiązki przeznaczone do stworzenia jednego tranzystora. Czy wszystkie te tranzystory są takie same dla mikroczipa?
Foo Fighter
Nie. Niektóre mogą być FET, niektóre mogą być BJT, niektóre mogą być rezystorami, a nawet kondensatorami o niskiej wartości. Nawet jeśli obwód jest w większości 2D, komponenty są zdecydowanie 3D. Każda warstwa jest wykonywana jako jedna ekspozycja obejmująca cały wafel lub co najmniej duży obszar w porównaniu do samych cech.
AaronD
A ponieważ jest to fotograficzne, dosłownie wszystko może być skutecznym narzędziem „tnącym”, nawet drobina kurzu lub kłaczków. A surowe tolerancje i tak są raczej szerokie. Tak więc każda kość musi zostać przetestowana przed zapakowaniem.
AaronD